CN105117076B - 多功能触觉感测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能触觉感测装置，其是包括有一超音波组件、一中介缓冲层以及一输出组件。其中，超音波组件是藉由与的连接的中介缓冲层，以针对一接触物体进行侦测，输出组件是电性连接超音波组件，并根据超音波组件的侦测结果产生至少一输出影像。藉由比对输出影像于一参考影像，本发明即可成功查找出接触物体所承受的压力大小为何。当输出影像为复数张时，则亦可藉由分析该些影像的差异，进而计算出接触物体所承受的压力。藉由此种触觉感测装置，本发明可同时兼具压力侦测及影像侦测的功能，是为一成功的多功能触觉感测装置。

Description

多功能触觉感测装置

技术领域

本发明是有关于一种触觉感测装置，特别是一种可同时侦测影像及压力的多功能触觉感测装置。

背景技术

描述被发明所基于的背景技术。触觉感测量测系统与人类手指的功能相似，当与物体接触时，可以知道所接触的物体表面的特征与其他物理性质信息，例如：作用力或压力的强度与空间分布、物体形状与位置、表面纹路质地、温度、柔软度或湿度等特征信息。随着现今科技的日渐蓬勃与发展，目前现有的触觉感测量测系统在工业领域中，已可大幅地应用于例如控制机器人动作(如抓取物体)、结合显示器用来作为触控输入设备、实现指纹辨识或虚拟现实(Virtual Reality)等用途。

一般而言，现有技术在工业领域中，极具代表性的一种非侵入式检查方法的一即为超音波传感器。一般而言，超音波传感器是由赋予电压于具有电性或机械等变换效率的压电组件者，从而使传感器所产生的超音波传递于检查的对象物中，利用超音波在物质的边界面等反射的性质，将经由其一部份的反射波的振动，再次经由压电组件而变换成电压，以作为收录、图像化、或影像化进行检查的方法。

目前，举凡厚度为200毫米程度的厚构造物，乃至数毫米程度的薄构造物，都可藉由现有的超音波传感器进行检查。然而，值得注意的是，现今的科技背景，大多讲求多功能，并且同时注重不同技术间的彼此整合性；当应用超音波传感器至触觉感测领域中时，则若要同时达到感测检查的对象物的影像及所承受的压力时，则多半需要使用到两种以上的传感器来完成，有鉴于此，随着传感器所需整合的数量与功能越趋庞大，则整体感测设备的负担，包括：系统整合性、复杂度、及制作成本，也都将随的遽增，无疑成为现有技术中相当严重的一项问题。

缘是，为了解决现有技术存有的众多缺失，本发明人有感上述缺失的可改善，且依据多年来从事此方面的相关经验，悉心观察且研究的，并配合学理的运用，而提出一种设计新颖且有效改善上述缺失的本发明，其是揭露一种可同时侦测影像及压力于一体的多功能触觉感测装置，其具体的架构及实施方式将详述于下。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明的一目的是在于提供一种多功能触觉感测装置，其是针对现行的触觉传感器作一改良，相较于现有技术，此种新颖的触觉感测装置是有助于提供较佳的系统整合性与检测多功能性。

本发明的又一目的是在于提供一种多功能触觉感测装置，此种触觉感测装置主要是利用一超音波组件搭配与的连接的一中介缓冲层作为触觉传感器，由于此种触觉传感器同时可兼具有影像侦测与压力侦测的功能，故是为一成功的多功能触觉感测装置。

本发明的再一目的是在于提供一种多功能触觉感测装置，其中利用超音波组件侦测接触物体所显示的结果主要会因压力的不同，而产生不同的输出影像。故本发明是可利用此影像差异，达到同时侦测影像及压力的目的，使其成为多功能的触觉感测装置，经实务证实，利用本发明所揭露的触觉感测装置可兼具高度侦测效益及优良的系统整合性等功效。

是以，本发明是揭露一种多功能触觉感测装置，其包括：一超音波组件，具有多个使用于发送及接收讯号的感测单元，以对一接触物体进行侦测；一中介缓冲层，设置于所述的超音波组件与接触物体之间；以及一输出组件，连接超音波组件。其中，输出组件是根据超音波组件的侦测结果产生至少一输出影像，并比对该输出影像于一参考影像，以查找出接触物体所承受的压力。

根据本发明的实施例，其中所述的中介缓冲层更包括一第一材料层与一第二材料层，第一材料层是邻近设置于接触物体，第二材料层则设置于第一材料层与超音波组件之间。在一实施例中，第一材料层与第二材料层的材质例如可为有机材料、无机材料、或以有机材料与无机材料混合制成的混成材料。除此的外，第一材料层与第二材料层的厚度总和是应小于5毫米；第一材料层与第二材料层的声抗值是应分别大于1.2牛顿*秒/米³；第二材料层的剥离力是大于1千克力/厘米²。

再者，根据本发明的实施例，本发明所揭露的多功能触觉感测装置更包括有一第三材料层，其中，相对于前述的第二材料层，第三材料层是设置于超音波组件的另一侧面上。在一实施例中，第三材料层的材质例如可为有机材料、无机材料、或以有机材料与无机材料混合制成的混成材料；第三材料层的厚度是大于或等于1毫米；第三材料层的声抗值应小于1.5牛顿*秒/米³。

更进一步而言，本发明所揭露的多功能触觉感测装置，其中所述的输出组件亦可同时产生复数个输出影像，在此情况下，输出组件是可藉由分析该些输出影像的影像差异，以进一步计算出接触物体所承受的压力，则同样可用以实施本发明的发明目的。

底下藉由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1是为根据本发明一实施例多功能触觉感测装置的结构示意图。

图2是为根据图1的细部结构示意图。

图3A至图3H是分别为根据本发明实施例不同施压下的参考影像的示意图。

图4是为根据本发明再一实施例多功能触觉感测装置的结构示意图。

附图标号说明：

1’ 多功能触觉感测装置

10 超音波组件

30 输出组件

100 接触物体

202 第一材料层

204 第二材料层

206 第三材料层

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

以上有关于本发明的内容说明，与以下的实施方式是用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的专利申请范围更进一步的解释。有关本发明的特征、实作与功效，兹配合图式作较佳实施例详细说明如下。

为了有效解决现有传感器不易整合，且整合的制作复杂度与成本都相对地过高的问题，本发明是针对这些缺失提出一种较佳的改良装置，其是为一种可同时侦测影像及压力于一体的多功能触觉感测装置。为了能更佳地理解本发明所述的技术内容，首先，请参阅本发明图1所示的示意图，本发明将据此进行详细的说明如下。

图1是为根据本发明实施例多功能触觉感测装置的结构示意图，如图所示，多功能触觉感测装置1是用以对一接触物体100进行侦测，其中，多功能触觉感测装置1是包括有一超音波组件10、一中介缓冲层20以及一输出组件30。根据本发明的实施例，超音波组件10主要是用以对接触物体100进行侦测，并提供感测结果，其中，超音波组件10中是具有多个使用于发送及接收讯号(如箭头所示)的感测单元，以对接触物体100进行侦测。一般而言，由于超音波组件10的操作原理主要是由一探头发射出声波，碰到接触物体100的界面产生反弹波，再由探头进行侦测，即可得知界面和探头的相对位置及感知结果。由于此一部份的技术实为现今科技所熟知者，而并非本发明的发明重点，故针对此超音波组件部分的细部技术内容，本发明并不进行赘述。

中介缓冲层(buffer)20是设置于超音波组件10与接触物体100之间，根据本发明的一实施例，如图2所示，中介缓冲层20例如可包括有一第一材料层202与一第二材料层204，如图所示，此第一材料层202是邻近设置于接触物体100，而第二材料层204则设置于第一材料层202与超音波组件10之间。

在一实施例中，第一材料层202与第二材料层204的材质选用例如可为：有机材料、无机材料、或以有机材料与无机材料混合制成的混成材料(例如：聚二甲基硅氧烷，Polydimethylsiloxane，PDMS)。更进一步而言，如图2所示，第一材料层202与第二材料层204其厚度总和T应小于5毫米(mm)。至于，第一材料层202的声抗值(acoustic impedance)应大于1.2牛顿*秒/米³(N*s/m³)，第二材料层204的声抗值亦应大于1.2牛顿*秒/米³(N*s/m³)。除此的外，考虑到材料的剥离力，则第二材料层204的剥离力(peeling force)是应大于1千克力/厘米²(kgf/cm²)。

输出组件30是电性连接该超音波组件10，以根据超音波组件10的侦测结果产生至少一张输出影像，的后，利用将此输出影像比对于数据库中已存有的参考影像，则本发明可查找出接触物体100所承受的压力为何。举例来说，图3A至图3H是为根据本发明实施例施压分别为200g、300g、400g、500g、1000g、2000g、3000g与4000g的参考影像40的示意图。是以，由此观的，在超音波组件10经由中介缓冲层20的作用而完成对接触物体100的侦测后，输出组件30是可根据其侦测结果产生输出影像，并且藉由比对输出影像于参考影像40，则本发明所揭露的多功能触觉感测装置是可成功地藉由侦测影像，而查找出接触物体100所承受的压力为何，同时达到兼具影像侦测与压力侦测的优势。

再者，根据本发明的另一实施例，输出组件30所产生的输出影像并不以单一张为限。换言的，在另一实施例中，输出组件30亦可选择同时产生复数张输出影像，则在此情况的下，输出组件30是可藉由一算法进而分析出该些输出影像的影像差异，以藉此计算出接触物体100所承受的压力，则此种实施态样则亦可用以实施本发明的发明目的，而应涵盖在本发明的专利范围内。

另一方面而言，请参考图4所示，其是为根据本发明再一实施例的多功能触觉感测装置的结构示意图，如图所示，多功能触觉感测装置1’除了包括前述的超音波组件10、第一材料层202、第二材料层204以及一输出组件30的外，更包括有一第三材料层206。其中，此第三材料层206相对于前述的第二材料层204是设置于超音波组件10的另一侧面上。换言的，在此实施例中，超音波组件10、第二材料层204、第一材料层202、接触物体100以及第三材料层206是形成一堆栈结构。

针对第三材料层206的材质选用与实施厚度等数值，在本发明的实施例中可采用第三材料层206的材质例如为：有机材料、无机材料、或以有机材料与无机材料混合制成的混成材料(例如：聚二甲基硅氧烷，Polydimethylsiloxane，PDMS)。至于，第三材料层206的厚度D则应大于或等于1毫米，而第三材料层206的声抗值应小于1.5牛顿*秒/米³(N*s/m³)。

是以，综上所述，本发明所揭露的多功能触觉感测装置，其是透过利用一超音波组件搭配中介缓冲层作为触觉感测组件，来成功达到同时兼具影像侦测以及压力侦测等功能，藉此形成一多功能的触觉感测装置。更进一步而言，由于利用超音波组件侦测所显示的影像，会因其接触物体所承受压力的不同，而产生不同的输出影像。有鉴于此，本发明即是利用针对此一特性，将所输出的影像比对于参考影像，或者利用分析两张以上输出影像的差异，来查找或计算出所接触物体的压力值为何。相较于现有技术，本发明所揭露的多功能触觉感测装置，显然具有较佳的系统整合性、多功能侦测效益与优良的侦测效率，实具有极佳的产业发展性与广于发展的潜力。

经由上述的技术阐明，可以明显得知，本发明所能应用的范畴，相较于现有技术显然大幅地成长与扩充，将兼具有较高的产业应用性与较佳的市场竞争力。缘此，显见本发明的目的及功效不仅明显地优于先前技术，且本发明所揭露的技术特征、方法手段与达成的功效是显著地不同于现行方案，实非为熟悉该项技术者能轻易完成者，故具备有专利要件。

以上所述的诸多实施例仅是为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以的限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (12)

1.一种多功能触觉感测装置，其特征在于，用于同时侦测一接触物体的影像及所承受的压力，该多功能触觉感测装置包括：

一超音波组件，具有多个使用于发送及接收讯号的感测单元，以对该接触物体进行侦测；

一中介缓冲层，设置于该超音波组件与该接触物体之间；以及

一输出组件，连接该超音波组件，该输出组件是根据该超音波组件的侦测结果产生至少一输出影像，并比对该输出影像于一参考影像，以查找出该接触物体所承受的压力；

该中介缓冲层更包括一第一材料层与一第二材料层，该第一材料层是邻近设置于该接触物体，该第二材料层是设置于该第一材料层与该超音波组件之间。

2.如权利要求1所述的多功能触觉感测装置，其特征在于，该第一材料层的材质是为有机材料、无机材料、或以有机材料与无机材料混合制成的混成材料。

3.如权利要求1所述的多功能触觉感测装置，其特征在于，该第二材料层的材质是为有机材料、无机材料、或以有机材料与无机材料混合制成的混成材料。

4.如权利要求1所述的多功能触觉感测装置，其特征在于，该第一材料层与该第二材料层的厚度总和是小于5毫米。

5.如权利要求1所述的多功能触觉感测装置，其特征在于，该第一材料层的声抗值是大于1.2牛顿*秒/米³。

6.如权利要求1所述的多功能触觉感测装置，其特征在于，该第二材料层的声抗值是大于1.2牛顿*秒/米³。

7.如权利要求1所述的多功能触觉感测装置，其特征在于，该第二材料层的剥离力是大于1千克力/厘米²。

8.如权利要求1所述的多功能触觉感测装置，其特征在于，该输出组件是可产生复数个该输出影像，并藉由分析该些输出影像的影像差异，以计算出该接触物体所承受的压力。

9.如权利要求1所述的多功能触觉感测装置，其特征在于，更包括一第三材料层，其中该第三材料层相对于该第二材料层是设置于该超音波组件的另一侧面上。

10.如权利要求9所述的多功能触觉感测装置，其特征在于，该第三材料层的材质是为有机材料、无机材料、或以有机材料与无机材料混合制成的混成材料。

11.如权利要求9所述的多功能触觉感测装置，其特征在于，该第三材料层的厚度是大于或等于1毫米。

12.如权利要求9所述的多功能触觉感测装置，其特征在于，该第三材料层的声抗值是小于1.5牛顿*秒/米³。